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Kandlbinder, Christoph ; Fischerauer, Alice ; Mösch, Mario ; Helling, Tobias ; Fischerauer, Gerhard ; Siegl, Martin:
Kapazitive Gasphasendetektion in flüssigem Stickstoff.
In:
AMA Service GmbH
(Hrsg.):
Tagungsband : 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016. -
Wunstorf
: AMA Service GmbH
,
2016
. - S. 218-223
ISBN 978-3-9816876-0-6
DOI: https://doi.org/10.5162/sensoren2016/3.4.3
Abstract
Die Ober- und Hauptstufen von Trägerraketen werden häufig mit kryogenen Flüssigkeiten betrieben. Besonders für eine Zündung des Triebwerkes unter Schwerelosigkeit ist es wichtig, das Verhalten dieser kryogenen Flüssigkeiten zu beobachten. Dabei stellen Gasblasen, welche in die Treibstoffzuleitungen gelangen und das Zünden eines Triebwerks verhindern können, ein Risiko dar. Zur Messung einer entstehenden Gasphase und ihres Volumens haben wir ein kapazitives Messsystem für Zweiphasengemische realisiert, welches ohne Energieeintrag in die Flüssigkeit eine Füllstandsänderung unter tiefkalten Bedingungen detektieren kann. Dabei sind die Elektroden so angeordnet, dass Phasenänderungen am Rand, etwa eine an der Behälterseite stattfindende Verdampfung, erfasst werden können. Die charakteristischen Kapazitätsverläufe der unterschiedlichen Elektrodenpaarungen wurden experimentell bestimmt und einerseits mit Finite-Elemente-Simulationen (Ansys) verglichen. Andererseits wurden Berechnungen zur elektrischen Flussdichte angestellt, welche die simulierten Kapazitätsverläufe mit theoretischen Aussagen ergänzen. Die
experimentell ermittelten Ergebnisse spiegeln die Simulationsdaten dabei mit nur geringen Abweichungen wieder. Durch Messung der Teilkapazitäten und der Kapazitäten gegen Masse ließ sich sowohl eine hohe Empfindlichkeit auf eine Phasenänderung an den Wänden realisieren, als auch der tatsächliche Füllstand eindeutig zuordnen.